Теплообменник - утилизатор тепла серых стоков

Авторы патента:

F24D17/00 - Системы горячего водоснабжения в жилых зданиях (в сочетании с системами отопления F24D 1/00-F24D 15/00)

Владельцы патента RU 2502022:

Общество с ограниченной ответственностью "НПО ТЕРМЭК" (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплообменникам - утилизаторам тепла хозбытовых стоков и других тепловых отходов, и может использоваться в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, производственных помещений, отдельных сооружений. Теплообменник - утилизатор тепла серых стоков содержит бак-аккумулятор стоков, трубопроводы подачи и отвода стоков, трубчатый теплообменник с жидким теплоносителем, устройство для подачи воздуха в сточные воды, при этом трубопроводы подачи стоков расположены над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе и снабжены сливными насадками, оборудованными в качестве устройств для подачи воздуха эжекторами-аэраторами и расположенными над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе на расстоянии 2-3 калибров ширины сливных насадков, трубки теплообменника размещены по вертикальной оси под сливными насадками на расстоянии 1-2 диаметров трубок теплообменника от поверхности серых стоков в баке-аккумуляторе, причем отвод стоков выполнен в виде двух трубопроводов - переливного трубопровода для отвода загрязненных стоков и трубопровода отвода очищенных стоков, размещенного под переливным трубопроводом. 2 ил.

Известна установка отопления и горячего водоснабжения (RU №2155302 С1, кл. F24D 17/02, опубл. 2000), содержащая источник тепла низкого потенциала, циркуляционный контур, тепловой насос с испарителем и конденсатором, систему отопления, при этом в качестве источника тепла низкого потенциала она содержит приемный колодец сточных вод сети канализации, в котором размещены теплообменник и вибратор.

Известен способ утилизации низкопотенциального тепла хозбытовых сточных вод (RU №2347145 С1, кл. F24D 11/02, опубл. 2009) с использованием теплового насоса и выносного теплообменного модуля, предусматривающий использование в качестве теплоносителя сточные воды, проходящие очистку в аэротенке и пребывающие в состоянии покоя или движения со скоростью, близкой к нулю, при этом вокруг выносного теплообменного модуля, помещенного в эрлифт, погруженный в сточные воды на всю глубину аэротенка, создают зону интенсивного образования воздушно-водяной смеси, например, с помощью пластмассовых щитов ограждения, скорость восходящего потока которой регулируют задвижкой, установленной на теплоизолированном трубопроводе подачи сжатого воздуха в эрлифт.

Известен способ утилизации тепла жидкости (RU №2349854 С1, кл. F24F 13/12, опубл. 2009), в котором увеличение скорости потока теплоносителя осуществляют путем введения дополнительной струи, при этом дополнительную струю направляют тангенциально каналу теплоносителя или под углом к плоскости сечения канала теплоносителя. Теплоутилизатор содержит канал жидкого теплоносителя с входом и выходом и канал нагреваемой среды с входом и выходом, канал теплоносителя и канал нагреваемой среды отделены друг от друга теплопроводящей стенкой, в канале теплоносителя для увеличения скорости потока теплоносителя выполнено входное сопло. Канал теплоносителя представляет собой металлическую трубу, а канал нагреваемой среды в виде пространственной спирали образован пространством между трубами, расположенными одна внутри другой.

Основными недостатками аналогов является сложность конструктивного исполнения и повышенные энергетические затраты.

Наиболее близким к заявленному изобретению является известное устройство для передачи тепла между сточными водами и жидким теплоносителем (DE №10 2006050922 А1, кл. С02F 1/00, опубл. 2008), содержащее резервуар со сточными водами, расположенный в нем теплообменник с жидким теплоносителем, а также приспособление, создающее конвекционный поток, например трубу-диффузор для подачи воздуха в объем сточных вод, мешалку или устройство для создания давления.

Недостатки данного технического решения связаны с повышенными энергозатратами, связанными с необходимостью применения барботажного компрессора или механической мешалки для создания конвективного теплообмена и аэрации серых стоков, а также низкая интенсивность теплообмена из-за перемешивающей конвекции во всем объеме бака-аккумулятора стоков.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение конвективного теплообмена и аэрации серых стоков за счет естественного напора сливаемых серых стоков без применения дополнительного оборудования (воздушных компрессоров, мешалок), а также обеспечение интенсификации и равномерности теплообмена по всей длине теплообменника за счет организации одинаковых гидродинамических условий.

Поставленная задача решена тем, что теплообменник - утилизатор тепла серых стоков содержит бак-аккумулятор стоков, трубопроводы подачи и отвода стоков, трубчатый теплообменник с жидким теплоносителем, устройство для подачи воздуха в сточные воды, при этом трубопроводы подачи стоков расположены над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе и снабжены сливными насадками, оборудованными в качестве устройств для подачи воздуха эжекторами-аэраторами и расположенными над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе на расстоянии 2-3 калибров ширины сливных насадков, трубки теплообменника размещены по вертикальной оси под сливными насадками на расстоянии 1 - 2 диаметров трубок теплообменника от поверхности серых стоков в баке-аккумуляторе, причем отвод стоков выполнен в виде двух трубопроводов - переливного трубопровода для отвода загрязненных стоков и трубопровода отвода очищенных стоков, размещенного под переливным трубопроводом.

Сущность изобретение поясняется подробнее чертежами и описанием к ним.

На фиг.1 схематично изображен узел ввода серых стоков в бак-аккумулятор; на фиг.2 - схема теплообменника - утилизатора серых стоков.

Теплообменник - утилизатор тепла серых стоков содержит бак-аккумулятор стоков 1, трубопроводы подачи стоков 2, трубчатый теплообменник с жидким теплоносителем 3, устройство для подачи воздуха в сточные воды 4, при этом трубопроводы подачи стоков 2 расположены над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе 1 и снабжены сливными насадками 5, оборудованными в качестве устройств для подачи воздуха эжекторами-аэраторами 6 и расположенными над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе на расстоянии 2-3 калибров ширины сливных насадков, трубки теплообменника 3 размещены по вертикальной оси под сливными насадками 5 на расстоянии 1-2 диаметров трубок теплообменника от поверхности серых стоков в баке-аккумуляторе 1, причем отвод стоков выполнен в виде двух трубопроводов - переливного трубопровода для отвода загрязненных стоков 7 и трубопровода отвода очищенных стоков 8, размещенного под переливным трубопроводом 7.

Теплообменник - утилизатор тепла серых стоков работает следующим образом.

Серые стоки (от умывальника, ванны, душа) по трубопроводу подачи стоков 2 через сливные насадки 5, локально увеличивающие скорость жидкости, поступают в бак-аккумулятор 1 с высоты, равной 2-3 калибрам ширины сливных насадков 5. Сливные насадки 5 оборудованы пластинами - эжекторами-аэраторами 6, с помощью которых происходит первичная аэрация стоков. Вторичная аэрация стоков на поверхности стоков в баке-аккумуляторе 1 осуществляется за счет вовлечения воздуха на границе входа сливаемых струй в бак-аккумулятор (показаны на фиг.1 и 2). Трубки змеевика теплообменника 3 размещены по вертикальной оси под сливными насадками 5 на расстоянии 1-2 диаметров трубок теплообменника от поверхности серых стоков в баке-аккумуляторе 1. Происходит интенсивный теплообмен между серыми стоками и жидким теплоносителем, который затем направляется, например, в автономные или комбинированные системы теплоснабжения. Трубки теплообменника расположены в зоне прямого воздействия сливных аэрированных струй на расстоянии, соответствующем максимальной скорости их омывания, что способствует значительной интенсификации теплообмена между серыми стоками и жидким теплоносителем, протекающим по трубкам теплообменника 3. Двойная аэрация стоков способствует интенсивному окислению примесей, растворенных в стоках, кислородом воздуха. Загрязненные стоки всплывают в верхнюю часть бака-аккумулятора 1 и удаляются из бака-аккумулятора через переливной трубопровод отвода загрязненных стоков. В нижней части бака-аккумулятора скапливаются очищенные стоки, которые удаляются через трубопровод отвода очищенных стоков 7, размещенный под переливным трубопроводом, и могут быть использованы в дальнейшем там, где не предъявляются высокие требования к степени очистки воды.

Расстояние между зеркалом серых стоков и сливными насадками, равное 2-3 калибрам ширины сливных насадков 5, получено экспериментальным путем и является оптимальным. При уменьшении данного размера снижается степень турбулизации течения в зоне теплообменной трубки и степень аэрации струй, что приводит к снижению теплообмена и эффективности очистки серых стоков. При увеличении - происходит расширение зоны входа струй со снижением скорости омывания теплообменных трубок и уменьшением интенсивности теплообмена.

Трубки змеевика теплообменника размещены по вертикальной оси под сливными насадками на расстоянии 1-2 диаметров трубок теплообменника от зеркала серых стоков, что является оптимальным размером формирования зоны максимальной скорости омывания и интенсивного теплообмена трубок с аэрированными струями серых стоков.

Уменьшение этого расстояния может привести к разбрызгиванию серых стоков при ударе струй об теплообменные трубки и возникновению эффекта адиабатического охлаждения, что снизит теплообмен, увеличение приведет к снижению скорости омывания трубок и также к снижению теплообмена.

Заявленное устройство позволяет в 1,5-2 раза интенсифицировать конвективный теплообмен по сравнению с ближайшим аналогом, за счет высокой скорости омывания теплообменника сливными струями серых стоков, а также за счет максимального температурного напора теплообмена, так как температура сливных струй выше температуры серых стоков в баке-аккумуляторе.

Теплообменник - утилизатор не требует дополнительной энергии на компрессионный барботаж или механическое перемешивание серых стоков в объеме бака-аккумулятора, энергозатраты снижаются в 2-3 раза. Конструктивные особенности установки обеспечивают высокую эффективность аэрации серых стоков за счет первичной аэрации с помощью пластин - эжекторов и вторичной - на границе входа сливных струй в бак-аккумулятор серых стоков.

В настоящее время проходит испытания опытный образец заявленного теплообменника - утилизатора тепла серых стоков, получены высокие показатели по утилизации низкопотенциального тепла сточных вод, намечено серийное производство.

Теплообменник - утилизатор тепла серых стоков, содержащий бак-аккумулятор стоков, трубопроводы подачи и отвода стоков, трубчатый теплообменник с жидким теплоносителем, устройство для подачи воздуха в сточные воды, отличающийся тем, что трубопроводы подачи стоков расположены над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе и снабжены сливными насадками, оборудованными в качестве устройств для подачи воздуха эжекторами-аэраторами и расположенными над поверхностью серых стоков в баке-аккумуляторе на расстоянии 2-3 калибров ширины сливных насадков, трубки теплообменника размещены по вертикальной оси под сливными насадками на расстоянии 1-2 диаметров трубок теплообменника от поверхности серых стоков в баке-аккумуляторе, причем отвод стоков выполнен в виде двух трубопроводов - переливного трубопровода для отвода загрязненных стоков и трубопровода отвода очищенных стоков, размещенного под переливным трубопроводом.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для управления горячим водоснабжением жилых и административных зданий и сооружений. Заявлены способ и устройство регулирования температурного режима горячего водоснабжения.

Способ водоснабжения объекта и устройство для его осуществления // 2483168

Изобретение относится к технике горячего и холодного водоснабжения и теплоснабжения зданий. .

Система открытого горячего водоснабжения промышленного объекта // 2476776

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в открытых системах промышленного горячего водоснабжения, оборудованных преимущественно паровыми котлами низкого и среднего давления.

Устройство для кипячения воды с функцией стерилизации и способ очистки воды // 2460947

Установка для производства горячей хозяйственно-питьевой воды // 2454609

Изобретение относится к установке для производства горячей хозяйственно-питьевой воды. .

Устройство для распределения воды с различной температурой // 2449220

Изобретение относится к устройству для распределения воды, содержащее водяной бак, содержащий нагревательное средство и термостат для нагрева воды в водяном баке и ее сохранения при температуре бака, при этом водяной бак содержит впускную трубу бака и выпускную трубу бака, причем впускная труба бака соединена с источником воды.

Теплообменник // 2410607

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для неоднократного нагрева различных сред. .

Устройство для отопления и горячего водоснабжения одноэтажных зданий // 2382950

Изобретение относится к области энергетики и, в частности, к установкам отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. .

Способ снижения расхода тепловой и электрической энергии в циркуляционной системе горячего водоснабжения // 2380619

Изобретение относится к тепловодоснабжению жилых, административных и производственных зданий и может быть применено в циркуляционных системах горячего водоснабжения.

Холодильник-экономайзер // 2371643

Изобретение относится к устройствам и системам холодотеплоснабжения жилых и производственных помещений. .

Способ циркуляции воды внутри трубопровода // 2513381

Настоящее изобретение относится к способу циркуляции воды внутри трубопровода. В заявленном способе труба (110) введена в трубопровод (100) до передней стороны клапана (400), этим формируя двойной канал, и введенная труба (110) соединена с выходным отверстием (320) циркуляционного насоса (300) внутри трубопровода (180), и фланец (160), соединенный с трубопроводом (100), и фланец (360), соединенный с трубопроводом (180), закреплены болтами (140), и труба (120) введена в трубопровод (130) в накопитель горячей воды (200) котла и затем соединена с входным отверстием (330) насоса (300), и фланец (170), соединенный с трубопроводом (130), и фланец (370), соединенный с трубопроводом (180), закреплены болтами (150), и когда насос (300) эксплуатируется в автоматическом или ручном режиме по значению сигнала бойлера, вода циркулирует внутри трубопровода (130), трубопровода (180) и трубопровода (100), соединенного с накопителем горячей воды (200). Тем самым предотвращается подача холодной воды в начале пользования горячей водой, таким образом предотвращая потери водопроводной воды. 1 з.п. ф-лы,3 ил.

Способ и контурная система для отбора тепловой энергии от отработанных вод // 2549035

Изобретение относится к системе и способу отбора тепловой энергии от отработанных (сбросных) вод. Способ отбора тепловой энергии от сбросных вод для нагрева или охлаждения здания, включающий следующие операции: подачу, в контуре сбросной воды, по линии отвода сточной воды к фильтрующему блоку в колонне забора сточной воды, расположенной в отдельном здании, части необработанной сточной воды, транспортируемой по канализационному коллектору, с захватыванием и удалением в части твердых фракций сточной воды; подачу профильтрованной сточной воды к первой стороне по меньшей мере одного теплообменника и последующую подачу использованной сточной воды, после отбора от нее тепловой энергии, в линию возврата использованной сточной воды со смыванием использованной сточной водой в канализационный коллектор ранее удаляемых крупных фракций, подачу, в основном контуре, рабочей среды, циркулирующей по другой стороне теплообменника, к испарителю или к компрессору теплового насоса в зависимости от выбранного операционного режима и подачу теплонесущей рабочей среды, циркулирующей в тепловом насосе, в накопительный бак дополнительного контура, а затем из бака теплопотребителю, причем теплообменник является кожухотрубчатым теплообменником. Это позволяет осуществлять простой и экономически эффективный отбор тепла от сбросных (сточных) вод. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Централизованная система рекуперации тепла быстровозводимых сооружений // 2611028

Изобретение относится к области энергосбережения, а именно к устройствам для утилизации тепловой энергии приточного и вытяжного воздуха в системах вентиляции. Целью настоящего изобретения является разработка централизованной системы рекуперации тепла, рассеянного на конструкции сооружения с возможностью утилизации избыточной тепловой энергии для водоподготовки в системе горячего водоснабжения. Централизованная система рекуперации тепла быстровозводимых сооружений с возможностью утилизации избыточной тепловой энергии для водоподготовки в системе горячего водоснабжения осуществляет тепловой обмен приточного и вытяжного воздуха в теплообменной кожухопластинчатой модульной конструкции. Вследствие малых значений теплоемкости и теплопроводности газов высокая интенсивность теплопередачи между ними реализуется большой площадью поверхности теплообменной кожухопластинчатой модульной конструкции здания. Автоматизированная система климат-контроля, управляя положением регулируемых заслонок приточной и вытяжной вентиляции, оптимизирует режим тепловой подготовки воздуха перед подачей его в помещение, отводя избыточную тепловую энергию, рассеянную на теплообменной конструкции здания, в утилизатор тепловой энергии для системы горячего водоснабжения. 3 ил.

Способ энергосбережения в системах водоснабжения // 2620742

Изобретение относится к области систем водоснабжения и может быть использовано для их оптимизации. Задачей настоящего изобретения является снижение электропотребления и затрат на эксплуатационное содержание за жизненный цикл. Способ энергосбережения в системах водоснабжения заключается в том, что измеряют напор воды на выходе насоса, сравнивают измеренный напор с заданным значением и минимизируют отклонение измеряемого напора от заданного значения путем воздействия на частоту вращения электродвигателя насоса, при этом формируют заданное значение напора в виде суммы минимального напора и переменной составляющей, при этом в качестве насоса применяют группу параллельно установленных насосов. Создают гидравлическую модель системы водоснабжения, включающую насос, систему трубопроводов, подводящих воду к входу насоса, и систему трубопроводов, присоединенных к выходу насоса и подающих воду в распределительную сеть, проводят гидравлическое моделирование системы водоснабжения, определяют требуемое значение минимального напора воды на выходе насоса при условии обеспечения требуемого минимального напора у всех потребителей, определяют затраты на эксплуатационное содержание системы водоснабжения за жизненный цикл. Выделяют в распределительной сети зоны c требуемым минимальным напором. Снижают требуемое значение минимального напора воды на выходе насоса из условия обеспечения требуемого минимального напора потребителей зоны и определяют затраты на эксплуатационное содержание системы водоснабжения за жизненный цикл. Повторяют этап снижения требуемых значений минимальных напоров воды на выходе насоса из условий обеспечения требуемых минимальных напоров потребителей зоны и определяют затраты на эксплуатационное содержание системы водоснабжения за жизненный цикл. Определяют требуемое значение минимального напора воды на выходе насоса при условии обеспечения минимального напора на входе в зону и определяют затраты на эксплуатационное содержание системы водоснабжения за жизненный цикл. Формируют множество пар значений затрат на эксплуатационное содержание системы водоснабжения за жизненный цикл и соответствующих им аргументов - требуемых значений минимальных напоров воды на выходе насоса, множество дополнительных пар значений затрат на оплату электрической энергии и соответствующих им аргументов - требуемых значений минимальных напоров воды на выходе насоса. И определяют заданное значение минимального напора воды на выходе насоса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Клапанная конструкция, устройство и способы его эксплуатации // 2621659

Настоящее изобретение относится к клапанным конструкциям для воды и других текучих сред. Изобретение может применяться в санитарных и прочих установках, в которых в приборах применяется подача горячей и холодной воды. Изобретение позволяет осуществлять тепловую дезинфекцию таких приборов. Клапанная конструкция, имеющая первый и второй впуски для текучей среды и первый и второй выпуски для текучей среды, содержащая первый и второй клапаны, механически соединенные для синхронной работы друг с другом с возможностью переключения единственным действием между первой и второй конфигурациями потоков текучих сред, при этом первая конфигурация обеспечивает первый путь для первой текучей среды от первого впуска к первому выпуску и второй путь для второй текучей среды от второго впуска к второму выпуску, а вторая конфигурация обеспечивает пути для первой текучей среды от первого впуска к первому и второму выпускам, закрывая путь от второго впуска. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство подачи горячей воды и способ подачи горячей воды // 2621932

Изобретение относится к устройству и способу подачи горячей воды. Устройство содержит: нагреватель введенной воды; выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя; датчик температуры выпускаемой воды и контроллер, определяющий, является ли выдача горячей воды первым выпуском воды или непрерывным выпуском воды, на основании разницы между температурой выпуска и целевой температурой и регулирующий степень открытия выпускного клапана на основании вычисленного изменения температуры выпуска согласно результатам определения. При этом выполняют операцию первоначального выпуска, состоящую в задании первоначальной степени открытия выпускного клапана и открытии клапана на заданную степень, когда вводится сигнал подачи горячей воды; и операцию управления выпуском, состоящую в определении, является ли выдача горячей воды первым выпуском воды или непрерывным выпуском воды, на основании разницы между температурой выпуска и целевой температурой, и в регулировании степени открытия выпускного клапана на основании вычисленного изменения температуры выпуска согласно результатам определения. Это позволяет минимизировать колебание значений температуры выпуска. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Циркуляционный насосный агрегат и гелиотермическая установка // 2628134

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления. В насосном агрегате (2) расположен по меньшей мере один внутренний датчик (16) температуры, который регистрирует температуру среды, нагнетаемой агрегатом (2), и подает соответствующий сигнал температуры устройству (10) управления. Устройство (10) управления выполнено так, чтобы на основе сигнала температуры датчика (16) приблизительно определять температуру жидкости в резервуаре для жидкости, соединенном с насосным агрегатом (2) через нагревательный контур. Устройство (10) интегрировано в насосный агрегат (2). При останове двигателя (6), на основе сигнала температуры, поданного датчиком (16) ранее, при эксплуатации двигателя (6), в течение дальнейшего изменения во времени оно приблизительно определяет температуру жидкости в резервуаре, соединенном с агрегатом (2) через нагревательный контур. Изобретения направлены на усовершенствование конструкции гелиотермической установки с насосным агрегатом за счет упрощения монтажа и снижения подверженности к неисправностям при эксплуатации. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.